摘要：不锈钢制品长期在腐蚀介质的环境当中使用，其表面就会被腐蚀，则需要实施涂装防护。但是，对于不锈钢而言，由于其表面光滑，且涂料对其防护能力以及附着能力较差，这就需要注重对不锈钢涂装实施前处理工艺。以化学除油-浸蚀-钝化的配套工艺进行研究，结果显示，不锈钢基材的表面实际粗糙度显著增大，且自腐蚀电位明显提高，耐蚀力明显增强。
关键词：不锈钢；化学浸蚀；附着；钝化；耐蚀能力
对于不锈钢产品而言，其长期运行于高氯的环境当中，因为被氯气所侵蚀，不锈钢就会被腐蚀，一般通过表面涂装的形式实施防护，但是，不锈钢涂装过程中通常会出现漆膜脱落的现象，该现象造成的主要原因就是涂装前的处理不当造成的涂层附着能力较差[1]。当前，不锈钢的涂装前处理工艺通常有喷砂或化学除油，单纯的化学除油仅可以有效去除不锈钢表面杂质及油污，而机械喷砂的方法较好，不仅可以除油，而且还能够使不锈钢的表面不平整，以此使漆膜具备的附着性能得到有效改善[2]。但是，喷砂的外力作用通常可以去掉不锈钢表面钝化膜，并对其防腐蚀能力造成不利影响。本文主要在常规涂料涂装的基础上，依据304不锈钢的表明特性，对不锈钢材质的前处理工艺进行探索，并根据不同的前处理方式进行实验对比，通过对实验结果的综合分析，以确保不锈钢件的涂漆实现良好的前处理，从而使304不锈钢的涂装附着力得到有效改善。
1.前处理工艺的设计
对于不锈钢而言，根据其零件表面的特点，对不锈钢的表面附着性进行提高的方式主要表现在两方面，一方面是底材表面除杂、除油等需彻底，第二方面是底材的表面需适度粗化。除油通常运用化学方法，而表面粗化则通过打磨、喷砂等机械方式处理较为简单，但是，不适合结构较为复杂的零件使用[3]。与此相比，化学法的浸蚀处理通常有着显著优势，其不仅不会被零件的结构所限制，而且通过相应的酸液浸蚀，还能够使不锈钢基材的表面出现微观的不平整。通过对不锈钢涂装之后的防护性能进行综合考虑，不仅需粗化与除油，而且还需要考虑不锈钢表面的钝化膜。对于不锈钢而言，其表面的钝化膜和粗化之间通常存有矛盾关系，化学浸蚀造成的结果通常会造成钝化膜缺失，因此，不锈钢的表面粗化之后，则需要重新实施钝化处理，其不仅能够使不锈钢的基材耐蚀力有效增强，而且还可以使化学方法形成的钝化膜更为连续均匀，以增强油漆的附着力[4]。本文主要以化学除油-化学浸蚀-钝化的处理工序，在对后期使用不造成影响的基础上，对基材粗糙度适度的提高，并实施相应的钝化膜，以确保基材的附着性及耐腐蚀性。
2.实验方法
2.1 实验材料
304不锈钢的试片尺寸100mm×70mm×2mm。93#汽油、氢氧化钠、磷酸三钠、氯化钠、硝酸、十二钼磷酸、植酸、柠檬酸。
2.2 实验方案与处理条件
本研究的不锈钢试片的涂装前处理选择7种方案，并实施涂装，具体的处理方法及工序条件见表1.
表1 不同方案前处理的条件
试片前处理完成后，通过同样的涂装工艺，具体涂装工艺的流程是：首先通过铁红对底漆进行氧化，然后自然干燥，最后涂丙酸聚氨酯面漆，并烘干。
2.3 性能检测
按照GB/T9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》实施附着力检测，其划格间距为1mm，通过2倍放大的目视放大镜对涂层的切割区域进行观察。
通过型号为JSM-6510LA的扫描电镜，对通过有机酸处理之后的不锈钢试板出现的微观形貌进行观察。
通过型号为Mitutoyo SJ210的表面粗糙度仪对不锈钢表面表现的粗糙度进行测定，并在试板边缘的10mm范围内选择5个不同位置，对其平均值实施计算比较。
通过中性盐雾试验对不锈钢的耐腐蚀性进行测试，腐蚀使用溶液为5%的氯化钠进行连续喷雾，实际观察周期为24h，并对漆膜表面的非划线处的气泡情况进行检测，并对划线处具体的锈蚀宽度进行测量。
3.结果
3.1 漆膜的附着性能
基于不同的前处理工艺，漆膜对不锈钢基材呈现的附着力检测所得结果为：方案1的附着力为<3级；方案2的附着力为1-2级；方案3的附着力为1-2级；方案4的附着力为1-2级；方案5的附着力为<2级；方案6的附着力为0-1级；方案7的附着力为0级。
其中，方案1 为水洗之后，直接实施涂装，其漆膜的附着力低于3级，水洗的工序仅是简单的将不锈钢表面沾附的杂质即灰尘洗干净，无法将不锈钢表面的油污去除，在涂装之后，漆膜出现大面积的脱落。方案2以及方案3主要是通过化学除油或者有机溶剂除油进行处理之后，仍无法有效解决漆膜附着力的问题，涂装后的附着力为1-2级，不符合使用要求，另外，如果仍有除油不干净处，漆膜就会出现大面积的脱落，无法有效确保其附着力。钝化处理通常可作为涂装前的处理工艺，但是，根据方案4 的结果显示，不锈钢的表面钝化之后，漆膜附着力为1-2级，无法达到显著的涂装效果，同时，由于不锈钢通过钝化处理之后，表面会出现一层光滑的钝化膜，就会使油漆分子和基材表面间的嵌合点减少，并对油漆有效附着在表面的效果造成不利影响，但是，由于存有钝化膜层，也可以使不锈钢基材具备的耐腐蚀能力得到有效提高。就普通的碳钢件而言，其表面磷化可以使漆膜附着力前处理工艺的效果得到有效提高，在方案5中，通过磷化处理，使用普通的碳钢件磷化液，但是，其漆膜附着力低于2级，即磷化处理无法使漆膜附着力得到有效提高，也就是普通的碳钢件经过磷化处理，不适用304不锈钢。方案6则是经过除油工序后再实施盐酸浸蚀的工序，其通常会对不锈钢造成轻度腐蚀，且在基材的表面造成微观不平整，其可以使油漆中的有机分子更好的嵌合于基材表面，并使基材和漆膜的附着力得到有效提高，漆膜的附着力高于1级。方案7中，通过有机酸的处理之后，漆膜的实际附着力为0级，涂装之后的漆膜显示出良好的附着性能。通过有机酸处理之后，测试不锈钢试板的表面粗糙度。获得的结果为：试板原始状态的粗糙度平均值为2.968Ra/ μm，有机酸处理之后的粗糙度平均值为5.325Ra/ μm，即通过有机酸处理之后，可以使漆膜的附着力得到有效提高，且和附着力的检测结果相一致。
3.2 耐腐蚀性能
根据漆膜附着力的检测结果，对方案 2、3、4、6、7 这5中前处理工艺所制备的漆膜实施耐腐蚀试验。经不同的盐雾试验之后，通过表2将试板表面的气泡面积及锈蚀宽度进行比较。
表2 盐雾试验气泡及锈蚀宽度表
表2中将不同时间点盐雾试验之后试板的表面气泡及锈蚀宽度的比较进行列出。根据表2的数据显示，通过1080h的盐雾试验，方案7的有机酸处理之后，基材具备的抗腐蚀性最强。方案2、方案3、方案4三个方案相比，单纯的除油之后，基材与漆膜之间的附着性相对较差，知识涂层无法有效的对基材进行防护，虽然通过相应的钝化处理之后，基材和漆膜的附着性没有得到有效提高，但是，钝化层可以对不锈钢基材进行相应的防护，可以使其耐腐蚀力明显增加。方案4、方案6、方案7三个方案相比较，基材和漆膜的附着力级别越来越高，对不锈钢基材产生的防护能力也会相应增强，特别是方案7，通过有机酸的处理之后，基材表面就会形成相应的防护膜层，且此时漆膜的实际附着力最高，呈现出良好的耐腐蚀性。
4.结论
本次试验中，运用制定的不锈钢涂装的前处理工艺，即化学除油（室温-60℃，5min），然后水洗，之后进行有机酸处理（室温，20min），最后再次水洗。研究显示，单纯的除油处理无法对不锈钢表面的漆膜附着力相关问题进行有效解决，而除油之后再实施酸洗工序，通常能够使漆膜附着力得到显著提高，且通过有机酸处理之后，漆膜附着性最强，附着力为0级。同时，附着力的逐渐提高，漆膜具备的保护不锈钢基材的能力就会相应增强，且通过有机酸处理之后，漆膜具备的防护能力达到最强，耐中性盐雾为1080h，防护效果显著。
参考文献：
[1]朱亚军，戴惠新，郑云昊，张梦樵.不锈钢地铁车辆涂装工艺研究[J].现代涂料与涂装，2016，19（10）：17-18+32.
[2]张柳丽，林生军，李宝增，赵江涛，李军.前处理方法对不锈钢涂装性能的影响[J].电镀与精饰，2016，38（09）：31-35.
[3]贺鹏，边蕴静，赵君.不锈钢基材涂装的必要性和涂料体系的选择[J].中国涂料，2014，29（12）：57-60.
[4]李永红，彭亚平，孙明聪.不锈钢件涂装前处理工艺的选择[J].现代涂料与涂装，2013，16（05）：39-41.
论文作者:黄略标,朱文彬,吴银森,郑春生,李锦铜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
标签：基材论文; 漆膜论文; 不锈钢论文; 附着力论文; 表面论文; 涂装论文; 方案论文; 《基层建设》2019年第20期论文;